你離柔性屏又近一步：中國科學家發現神奇半導體材料

柔軟，甚至可摺疊的柔性電子設備，比如柔性手機屏，甚至柔軟的手機等，是很多人期待已久的新裝備。但受限於半導體材料的脆性，可能帶來一場電子技術革命的柔性電子技術和生產工藝，還面臨著巨大挑戰。中國科學家日前又攻下一城：他們的最新研究成果有望打破這一瓶頸。

澎湃新聞記者 吳躍偉

中國科學院上海硅酸鹽研究所史迅研究員、陳立東研究員與德國馬普所的Yuri Grin教授等合作，率先發現了一種像金屬一樣「柔軟」的半導體材料：它是一種典型的半導體，但卻具有非常反常的、和金屬類似的力學性能——良好的延展性和可彎曲性，或可廣泛應用於柔性電子設備中。這一神奇材料的化學成分中含有銀原子，為α-Ag2S。

原理圖。神奇柔性半導體材料α-Ag2S

相關研究論文4月9日在線發表在國際學術期刊《自然·材料學》雜誌（Nature Materials）。

長期以來，人們以為半導體材料都像陶瓷一樣脆。但中國科學家最新發現的α-Ag2S材料，其性能令人驚訝。

一般陶瓷和半導體的加工碎片則為細小顆粒或粉末，但α-Ag2S在外力和大應變下，也不會破碎。其材料的加工碎片和金屬類似，是一片片細長的纏繞絲狀物。

近年來迅速發展的柔性電子材料，只是將有機/無機材料電子器件製作在柔性襯底上。即便如此，它們獨特的可變形性以及高效、低成本製造工藝，在信息、能源、醫療、國防等領域具有廣泛應用前景。

然而，目前的無機材料尤其是半導體均為脆性材料，在大彎曲和大變形下，或者拉伸狀況下極易發生斷裂進而導致器件失效；此外，有機半導體相對無機半導體遷移率較低，且電學性能可調範圍較小，無法滿足半導體工業的蓬勃發展需求。

神奇半導體材料α-Ag2S。受訪者供圖

針對柔性電子的應用，史迅等研究人員製備了α-Ag2S薄膜，它比塊體材料具有更大地變形能力。而且，在數十、上百次彎曲後，其導電性能基本維持不變或變化很小。

知其然，知其所以然。

研究人員發現，在α-Ag2S變形、滑移過程中，2個S原子沿著6個Ag原子構成的滑軌移動，此時不斷有舊的Ag-S鍵減弱甚至斷裂，而又有新的Ag-S鍵加強甚至生成。因此，其滑移面之間的作用力一直維持在Ag-S的成鍵狀態，其在滑移過程中能量波動較小，導致了小的滑移能量勢壘；同時該成鍵狀態保證了這些滑移面之間較強的作用力，避免了在滑移過程中裂紋的產生甚至材料的解離。

這一性質與其他材料明顯不同。金剛石材料在滑移過程中的勢壘太大，所以，不存在滑移面，無法延展。而NaCl、石墨的滑移面之間的作用力太小，材料在滑移過程中很容易產生裂紋，從而解離，喪失完整性。

研究人員表示，一個具有良好滑移能力和延展性的材料必需滿足兩個基本條件：一是存在能量勢壘較小的滑移面，能夠在外力的作用下發生滑動；二是在滑移過程中不發生分解，仍然維持材料的整體性、完整性。

他們正在尋找其他類似於α-Ag2S的半導體材料。

Science科學創建者shkoh chao：國家計算機高級工程師，業餘天文學家和科普工作者。新浪微博認證博主，今日頭條認證科普作者，頭條問答簽約作者，騰訊企鵝科普達人，UC頭條認證科普作者，鳳凰新聞科技頻道科普作者。每天多篇前沿科學科技資訊讓你掌握一手科學信息。多篇科學探索文章，擴充你的腦容量，讓你成為大神般的十萬個為什麼的解密者。

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